燃煤電廠煙氣超低排放中的脫硝設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

王鳳榮

摘 要：鍋爐脫硝系統(tǒng)，應(yīng)納入電站主體系統(tǒng)一并優(yōu)化，方能適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保排放及設(shè)備安全運(yùn)行及節(jié)能增效的要求。文章介紹了稀釋風(fēng)系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、尿素催化水解等系統(tǒng)優(yōu)化具體方法。

關(guān)鍵詞：鍋爐脫硝;系統(tǒng)優(yōu)化;探討

中圖分類號(hào)： X701.7 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2017）01-188-2

0 ?引言

近來(lái)，全國(guó)大面積霧霾天氣的持續(xù)加重，環(huán)保部門加大了對(duì)燃煤電站煙氣處理的管理力度。被稱為“史上最嚴(yán)”的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）實(shí)施不久， 2014年9月12日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源（2014）2093號(hào)），要求東部11個(gè)省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3），中部地區(qū)8省市新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。2015年12月11日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局又聯(lián)合下發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》（環(huán)發(fā)[2015]164號(hào)文），推動(dòng)《行動(dòng)計(jì)劃》“提速擴(kuò)圍”：到2020年，全國(guó)所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3）。全國(guó)有條件的新建燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到超低排放水平，加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐，將東部地區(qū)原計(jì)劃2020年前完成的超低排放改造任務(wù)提前至2017年前總體完成;將對(duì)東部地區(qū)的要求逐步擴(kuò)展至全國(guó)有條件地區(qū)，其中中部地區(qū)力爭(zhēng)在2018年前基本完成，西部地區(qū)在2020年前完成。

為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，大型燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)90%以上采用的是選擇性催化還原法（SCR），還原劑則根據(jù)當(dāng)?shù)夭块T的要求，選擇液氨、尿素或者氨水。

目前，常見脫硫系統(tǒng)的方案是：稀釋分系統(tǒng)采用的是獨(dú)立的系統(tǒng)，SCR反應(yīng)裝置是作為一個(gè)設(shè)備安裝在鍋爐鋼架上，并沒有將脫硝與電站主體系統(tǒng)相結(jié)合，給系統(tǒng)運(yùn)行安全帶來(lái)了一定的安全隱患，同時(shí)也在一定程度上提高了工程造價(jià)，不利于系統(tǒng)節(jié)能。以下就結(jié)合電站主體系統(tǒng)，對(duì)稀釋風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置、SCR裝置膨脹設(shè)計(jì)以及尿素制備還原劑等方面，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

1 ?稀釋風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

目前，SCR脫硝技術(shù)的稀釋風(fēng)均采用獨(dú)立的稀釋風(fēng)機(jī)提供（見圖1），這種配置方案的優(yōu)點(diǎn)是脫硝系統(tǒng)運(yùn)行與電廠主體設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，但由于設(shè)置了獨(dú)立的稀釋風(fēng)機(jī)，造成系統(tǒng)復(fù)雜，耗電量大，且投資也高些。同時(shí)由于稀釋風(fēng)機(jī)一般布置在SCR鋼結(jié)構(gòu)上，其運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)對(duì)SCR的安全造成一定的影響;增加了的噪音源，對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響。

<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201701＼1-197＼115-1.jpg>

圖1

<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201701＼1-197＼115-2.jpg>

圖2

由于脫銷稀釋風(fēng)量大約為鍋爐送風(fēng)機(jī)或者一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量的1.2%～1.5%，且鍋爐一次風(fēng)機(jī)的壓頭一般宜能滿足稀釋風(fēng)的需要。優(yōu)化方案建議取消稀釋風(fēng)機(jī)，在鍋爐送風(fēng)機(jī)或一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道引一路風(fēng)道至氨/空混合器入口，稀釋風(fēng)由鍋爐本體送風(fēng)機(jī)或一次風(fēng)機(jī)提供。為了防止鍋爐啟動(dòng)時(shí)確保顆粒物不進(jìn)入氨噴射格柵（AIG），需要引入一路壓縮空氣，在引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后且送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，氨/空混合器噴嘴有空氣噴出。優(yōu)化后的系統(tǒng)圖見圖2。

2 SCR裝置膨脹指示器的設(shè)置

眾所周知，鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，影響設(shè)備安全的主要有整體系統(tǒng)的膨脹以及鍋爐密封等，故在鍋爐本體多個(gè)位置設(shè)置了膨脹指示器，在鍋爐啟動(dòng)時(shí)，要對(duì)鍋爐的膨脹進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，只有鍋爐整體膨脹按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的方向及位移量進(jìn)行，才能保證鍋爐本體的設(shè)備安全。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，SCR反應(yīng)器是作為一個(gè)獨(dú)立裝置進(jìn)行設(shè)置的，而它實(shí)際上與省煤器或空氣預(yù)熱器一樣，是鍋爐本體的一部分。SCR反應(yīng)器的工作溫度在300～420℃之間，也是和鍋爐本體一樣由冷態(tài)逐漸加熱、升溫。此外，由于SCR反應(yīng)器內(nèi)部裝有催化劑，煙氣溫升速度也會(huì)對(duì)催化劑的活性和壽命產(chǎn)生一定影響（例如某催化劑要求：反應(yīng)器入口溫度在≤70℃、70～150℃和≥150℃時(shí)，煙氣溫升速度要求≤5℃/min、≤10℃/min和≤20℃/min），因此，對(duì)SCR膨脹的檢測(cè)與鍋爐本體其他部件一樣重要。

建議在每個(gè)SCR反應(yīng)器的底部和頂部的四角，分別設(shè)置一個(gè)膨脹指示器。在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，將SCR反應(yīng)器的膨脹納入鍋爐本體的膨脹檢測(cè)體系中，確保包括SCR反應(yīng)器在內(nèi)的鍋爐各部分設(shè)備安全。

3 尿素轉(zhuǎn)化氨氣的方式

脫硝還原劑絕大部分采用液氨、尿素，由于液氨運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中，存在較大的安全隱患，在有關(guān)部門批復(fù)的安評(píng)文件中，要求脫硝還原劑采用尿素。

2014年之前，尿素制氨基本上都是采用的尿素?zé)峤猓礉舛葹?0%～50%尿素溶液噴入電熱解容器中，將容器出口溫度維持在350℃左右，將尿素制成氨氣，同時(shí)保證氨氣不再結(jié)晶。該方案能耗較高，200MW機(jī)組配置電熱解容器的電耗量為800kW左右，運(yùn)行電耗在0.3%左右，同時(shí)電熱容器內(nèi)氨水噴槍以及在氨氣輸送管路上極易出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。

尿素催化水解技術(shù)是一種新型制氨技術(shù)，它是利用電廠低品質(zhì)蒸汽（壓力1.0MPa，溫度200℃）在低溫下采用電廠蒸汽將尿素溶液分解生成氨氣混合氣，由于使用了少量催化劑，其反應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于1min，能夠適應(yīng)鍋爐負(fù)荷波動(dòng)的需要，不會(huì)出現(xiàn)環(huán)保排放事故，同時(shí)能耗水平大幅度降低，運(yùn)行成本為尿素?zé)峤饧夹g(shù)的14%左右。

隨著國(guó)家環(huán)保政策、節(jié)能要求越來(lái)越高，尤其是在電站鍋爐煙氣采用超低排放后，對(duì)系統(tǒng)配置、運(yùn)行的要求越來(lái)越高，單一從有一個(gè)設(shè)備、一個(gè)點(diǎn)可優(yōu)化量越來(lái)越艱難，建議把脫硝系統(tǒng)納入主體系統(tǒng)，其共用的氣、汽、電、水等作為一個(gè)整體去系統(tǒng)優(yōu)化，方能進(jìn)一步滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放安全、設(shè)備運(yùn)行安全、節(jié)能增效等要求。